17. Wady i zalety technik membranowych
Istnieje kilka kluczowych problemów związanych z zastosowaniem membran w
Inżynierii środowiska:
– wydajność musi być ekonomicznie uzasadniona, a kontrola zanieczyszczeń membran
(fouling) powinna być rozwiązana, ponieważ zjawisko to odgrywa znaczącą rolę w przypadku oczyszczania niejednorodnych strumieni ścieków,
– jakość produktu powinna stwarzać możliwość ponownego wykorzystania lub
odprowadzania uzyskiwanych strumieni ścieków bez szkody dla środowiska przyrodniczego.
W celu sprostania wymaganiom stawianym w powyższych punktach konieczne są
odpowiednie metody wstępnego przygotowania strumienia ścieków i wody przed
wprowadzeniem do systemów membranowych, a niestety jest to związane z podnoszeniem
kosztów. Należy znaleźć sposoby redukcji kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych,
ponieważ to one decydują o atrakcyjności metody.
Zastosowanie technik membranowych w ochronie środowiska jest związane z
szeregiem korzyści, do których zalicza się przede wszystkim:
– niskie zużycie energii, wynikające z uniknięcia przejść międzyfazowych,
– brak konieczności dodawania chemikaliów tzn. brak odpadowych strumieni,
– łatwe powiększanie skali technologicznej (system modułowy),
– prowadzenie separacji w sposób ciągły,
– możliwość łatwego łączenia procesów membranowych z innymi procesami jednostkowymi
(procesy hybrydowe),
– możliwość poprawiania własności separacyjnych membran w trakcie eksploatacji systemu,
– prowadzenie separacji w łagodnych warunkach środowiskowych.
Ograniczona żywotność membran i często niska ich selektywność dla danego procesu
separacyjnego mogą być uważane za niedogodność. Membrany, szczególnie polimerowe,
charakteryzują się w wielu przypadkach ograniczoną wytrzymałością chemiczną i termiczną.
Instalacje membranowe charakteryzują się prostotą konstrukcji i związaną z tym
łatwością obsługi. Proces można całkowicie zautomatyzować i obsługę ograniczyć do
kontroli pomp i ciśnienia membran a także kontroli stanu powierzchni membran. Ważną
zaletą tych metod jest możliwość pracy w temperaturze otoczenia. Ma to szczególne
znaczenie przy pracy z cieczami łatwo lotnymi lub ze związkami organicznymi ulegającymi
rozpadowi w podwyższonej temperaturze, czy też polimeryzacji. Niestety właściwości
materiału, z którego wykonana jest membrana narzucają ograniczenia dotyczące przede
wszystkim odczynu pH filtrowanego roztworu i jego temperatury. Niektóre roztwory
niewodne lub zawierające substancje o właściwościach silnie utleniających mogą
spowodować zniszczenie membrany.
Kolejnym problemem jest ograniczony stopień zatężania substancji. W przypadku
związków niskocząsteczkowych jest on stymulowany przez ciśnienie osmotyczne. Dla
większości roztworów soli metali, cukru ciśnienie osmotyczne przy stężeniu 10–15%
przyjmuje tak wysokie wartości, Ŝe stawia pod znakiem zapytania ekonomiczną opłacalność
zastosowania membran. W przypadku roztworów zawierających cząsteczki
makromolekularne stopień zatężenia ograniczony jest przez lepkość roztworu. Lepkość
filtrowanego roztworu nie może ograniczać osiągnięcia odpowiedniej prędkości przepływu
nad powierzchnią membrany. Rozdzielany roztwór nie powinien zawierać substancji łatwo
krystalizujących lub koagulujących, gdyż wytwarzają one na powierzchni membrany
dodatkową warstwę ograniczając szybkość filtracji.
dannonnek